OpenHarmony 3.1 Beta版本关键特性解析——HiStreamer轻量级可定制的媒体管线框架大揭秘 openharmony

作者：陈国栋
数字多媒体技术在过去的数十年里得到了飞速的发展，多媒体终端设备如智能音箱、智能门锁、智能手表广泛应用于人们生活中。如此小的设备却能承载如此多功能是如何实现的呢？HiStreamer 轻量级可定制的媒体管线框架为你解答！接下来咱们一起探秘 HiStreamer 轻量级可定制的媒体管线框架。
媒体管线框架是什么？
在讲 HiStreamer 之前，咱们先来了解下媒体管线框架是什么？
媒体框架是处理数字媒体信息（如编解码音视频数据）的软件框架。为了更容易扩展媒体框架支持更多媒体格式或支持更多功能，出现了 Pipeline 架构的媒体框架，如开源 GStreamer 等。采用 Pipeline 架构的媒体框架，称为媒体管线框架。它通常的做法是将基础媒体处理，例如数据读取、编解码等封装成一个个处理单元，然后用管道将这些处理单元串起来，从而实现媒体文件播放等各种功能。
HiStreamer是什么?
随着 AI 技术的发展，语音识别、人脸识别、场景理解等技术的进步支撑了智能音箱等新设备和新应用的出现，对媒体框架提出了新的要求。因此 HiStreamer 应运而生了。
HiStreamer 是基于 Pipeline 架构，用来处理媒体数据的软件框架。它具有轻量级、可定制、可扩展、可跨不同芯片和 OS 平台部署的特点。从逻辑架构上讲，HiStreamer 主要由 HiStreamer 引擎和插件构成。HiStreamer 引擎又由业务封装层、Pipeline 框架层、插件管理层和工具库组成。插件主要由平台软件插件和厂商扩展插件两部分组成。如图 1 所示。

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图1 HiStreamer逻辑架构
HiStreamer 引擎功能可裁剪(如裁剪视频)，处理流程可灵活拼装。它主要包括以下几部分内容：
? 业务封装层：基于 Pipeline 封装实现播放器、录音机功能，简化上层应用使用。
? Pipeline 框架层：提供 Pipeline 和若干个节点（输入、解封装、解码和输出）的实现，支持把多个节点连接在一起形成 Pipeline。
? 插件管理层：用于管理插件生命周期，支持动态加载或静态链接两种方式使用插件。
? 工具库：提供框架依赖的工具，隔离操作系统差异，提供调测功能。
插件可弹性部署、动态伸缩，主要包括以下几部分内容：
? 平台软件插件：可跨产品复用的软件算法插件。
? 厂商扩展插件：厂商提供的基于硬件加速的插件，如硬件加速的编解码插件。
以上是对 HiStreamer 的特点和整体逻辑结构的一个总的概述，接下来咱们详细剖析它的关键特性。
HiStreamer的关键特性
HiStreamer 之所以能成为业界首个轻量级设备上可用、可定制的媒体管线框架，是因为它有以下的关键特性。
1、轻量级，可弹性部署到物联网设备
HiStreamer 的轻量级特点主要体现在精简的核心框架、插件弹性部署。
如图 1 所示，HiStreamer 的 Pipeline 框架由抽象管道（Pipeline）和节点构成，负责根据业务编排关系连接各个节点，形成数据流处理管道。它只实现系统调度必要的功能，具体业务处理由插件实现，比如文件数据读取由 File 插件实现，网络流媒体数据读取由 http 插件实现，MP3 解封装由 MP3 Demuxer 插件实现，MP3 解码由 MP3 Decoder 插件实现，音频输出由 Sinker 插件实现。插件管理层主要负责插件的加载/卸载/查询和调用。插件采用弹性部署方式，轻量级设备根据业务需求部署需要的插件，从而大大减少资源占用。
2、可定制，支持节点灵活拼装和参数自动协商
HiStreamer 采用 Pipeline 架构模式，各个节点解耦，支持节点灵活拼装，可以根据业务需要拼装出不同的 Pipeline。为了多个节点能更好地协同工作，支持参数自动协商。接下来咱们分别介绍 HiStreamer 如何支持节点灵活拼装和参数自动协商的？
? 节点灵活拼装
HiStreamer 可以用来支持音视频解码播放，或音视频编码录制等。以音视频文件播放为例，音视频解码播放本质上是通过媒体框架将数据（音频数据、视频数据）按顺序经过 Source（输入）、Demuxer（解封装）、Decoder（解码）和 Sink（输出）四个环节处理的过程。
这四个环节和下面四个节点一一对应：

输入节点：读取音频文件，获取文件数据流。
解封装节点：对文件数据流进行解封装，获得文件头信息和 ES 数据（即 Element Streams，编码过的数据流）。
解码节点：解码器对 ES 数据进行解码，获得 PCM（Pulse-code modulation）码流。
输出节点：PCM 码流送到音频输出模块，播放出声音。

这四个节点按顺序连接形成管道（Pipeline），如图2所示。

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【OpenHarmony 3.1 Beta版本关键特性解析——HiStreamer轻量级可定制的媒体管线框架大揭秘】图2 音频播放管道
由于节点是支持灵活拼装的，你可以根据自己的需要，选择不同的节点，拼装出不同的管道。比如可以拼装出音视频录制的管道（如图 3），当然也可以是完成其它功能的管道。

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图3 音频录制管道
? 参数自动协商
为了让管道中的各个节点互相配合，形成高效的数据处理通道，HiStreamer 支持参数自动协商。下面以解封装节点和解码节点的参数自动协商为例进行介绍，如图 4 所示。

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图4 节点参数协商示意图
如上图所示，经过解封装节点后确定当前数据流是 AAC-HE 格式，在协商过程中，解码节点从备选插件列表中选择最匹配的插件(插件 2)，形成最终的业务处理通道，使得它们可以高效的协同工作。
3、可扩展，支持插件按需扩展
上文已提到 HiStreamer 的主要业务功能在插件中实现，Pipeline 框架的每个节点，都有对应的插件。如播放场景有输入节点、解封装节点、解码节点和输出节点，它们对应的插件是：输入插件、解封装插件、解码插件和输出插件。
采用这种设计方式，公共的业务逻辑和上下游节点的连接在节点中完成，插件只需要实现业务功能差异化的部分，这使得插件实现更简单。已有的媒体解封装/解码算法，也可以封装成 HiStreamer 插件。同时 HiStreamer 已经适配了 FFMPEG（跨平台的媒体算法库），可以比较方便支持 FFMPEG 已经支持的媒体格式（如 mp3、aac 等）。
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结束语**
了解完 HiStreamer 的特性，你是否也对它产生了浓厚的兴趣呢？目前多媒体行业存在大量的潜在的业务创新需求，欢迎广大开发者一起加入，使用 HiStreamer 共同丰富多媒体生态，共同创造万物互联的新世界！